[发明专利]丁基橡胶离聚物纳米复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料和用于制备含有丁基橡胶离聚物的纳米复合材料的方法，该丁基橡胶离聚物具有从一种多烯烃单体，诸如异戊二烯，衍生的重复单元。更具体地说，本发明涉及包含高长径比填充物的丁基橡胶离聚物纳米复合材料。本发明一个优选的方面是，该纳米复合材料包含的离聚物是在该纳米复合材料的形成过程中在原位产生。

背景技术

聚(异丁烯-共-异戊二烯)，或IIR，是一种通常被称为丁基橡胶的合成弹性体，从1940年以来，它一直用异丁烯与少量的异戊二烯(1-2mol％)通过无规则的阳离子共聚而制备。由于它的分子结构，IIR具有优异的不透气性、高损耗模量、氧化稳定性以及长期的疲劳耐受性。

丁基橡胶指的是由一种异烯烃与一种或多种、优选共轭的多烯烃作为共聚单体的一种共聚物。商业丁基橡胶包含一种主要部分的异烯烃和一种少量的，不多于2.5mol％的一种共轭多烯烃。丁基橡胶或丁基聚合物通常在一个浆态过程中制备，使用甲基氯化物作为一种载体以及一种弗里德尔-克拉夫茨催化剂作为该聚合引发剂的一部分。这个过程进一步描述于美国专利2,356,128中和Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry，volume A 23，1993，pages 288-295。

CA 2,418,884和2,458,741描述了基于丁基的、过氧化物固化的化合物的制备，这些化合物具有高的多烯烃含量。确切地说，CA2,418,884描述了具有异戊二烯含量在3mol％到8mol％范围的IIR的连续制备。这一高多烯烃丁基橡胶的卤化反应在该弹性体内产生了一个反应性烯丙基卤化物官能度。使用这些可获得的提高的异戊二烯水平，原则上有可能产生BIIR类似物，该类似物含有从3mol％到8mol％范围内的烯丙基溴化物官能度。常规丁基橡胶的卤化方法描述于，例如，Ullmann′s Encyclopedia of IndustrialChemistry(Fifth，Completely Revised Edition，Volume A231 EditorsElvers，et al.)和/或″Rubber Technology″(Third Edition)by MauriceMorton，Chapter 10(Van Nostrand Reinhold Company1987)，特别是pp.297-300.

烯丙基卤化物官能度的存在使得亲核的烷化反应能够发生。最近已经表明，用处于固态的基于氮和/或磷的亲核体处理溴化丁基橡胶(BIIR)导致生成了具备有趣的物理和化学特性的基于IIR的离聚物。(见：Parent，J.S.；Liskova，A.；Whitney，R.A；Resendes，R.Journal of Polymer Science，Part A：Polymer Chemistry 43，5671-5679，2005；Parent，J.S.；Liskova，A.；Resendes，R.Polymer 45，8091-8096，2004；Parent，J.S.；Penciu，A.；Guillen-Castellanos，S.A.；Liskova，A.；Whitney，R.A.Macromolecules 37，7477-7483，2004)。该离聚物官能度是从该BIIR中的烯丙基卤化物位点产生的。在丁基橡胶中使用一种更大量的多烯烃单体来生产该BIIR潜在地导致了在溴化反应中更多的烯丙基卤化物位点并且因此导致了在亲核取代之后的一个更大量的离聚物官能度。从BIIR中产生的具有一个高多烯烃含量的离聚物的物理特性优于它们的那些非离子的和/或具有低多烯烃含量的对应物。

聚合物纳米复合材料是一个迅速扩大的，多学科的领域，它代表了对常规填充聚合物和聚合物混合体的一种根本性的替代。聚合物纳米复合材料是通过将纳米级的无机填充剂掺入到一种聚合物基质中而形成的。用纯净的和/或有机改性的高长径比的层状填充剂增强的杂化材料代表了得到最广泛研究的纳米复合材料类型。在这些分散层和该聚合物基质之间的强的界面间相互作用导致了超过常规复合材料的增强的机械和屏障特性。在聚合物纳米复合材料研究的许多领域中，轮胎工业对高的长径比填充剂特别感兴趣。近来的研究已经表明，将高长径比的填充剂加入到轮胎内衬配方产品中已经显示了不渗透性的高达40％的提高(见，例如，US 7,019,063B2)。